A szuperföld, ahol soha nem süt a nap

Először sikerült egy kutatócsoportnak egyértelműen meghatározni egy exobolygó légkörének fő jellemzőit.

A University of Chicago munkatársainak vezetésével először sikerült egy kutatócsoportnak egyértelműen meghatározni egy exobolygó légkörének fő jellemzőit: pontosabban azt, hogy arról semmi közelebbit nem tudunk mondani. A vizsgált planéta a GJ 1214b jelű, melynek tömege a Föld és a Neptunuszé között körülbelül félúton helyezkedik el.

A legújabb kutatások szerint ezek az úgynevezett szuperföldek a tejútrendszerbeli exobolygók leggyakoribb típusát képviselik. Mivel azonban a Naprendszerben ilyen méretű égitest nem létezik, a fizikai paramétereiket tekintve nagyon sok a bizonytalanság. A korábbi vizsgálatok szerint a GJ 1214b atmoszférájának jellemzésére alapvetően két modell kínálkozik. Az egyik szerint a bolygó légköre szinte teljes egészében vízgőzből áll, melyet kismértékben nehezebb molekulák is „szennyeznek”, míg a másik szerint nagy magasságú felhőzet akadályozhatja, hogy a mélyebb rétegekről bárminemű információt gyűjtsünk.

A University of Chicago Laura Kreidberg és Jacob Bean által vezetett kutatócsoportjának most sikerült egyértelmű bizonyítékot szerezni arra, hogy a GJ 1214b atmoszféráját felhők dominálják. A Hubble-űrteleszkóppal végzett, 11 hónapos időszakot átfogó megfigyelések időtartama 96 óra, ami azért is érdekes, mert ez a Hubble leghosszabb észlelési sorozata, melyet egyetlen exobolygónak szenteltek.

A GJ 1214 jelű, a Kígyótartó csillagképben megfigyelhető csillag mindössze negyven fényévre van a Földtől. A csillag kis mérete és viszonylagos közelsége miatt a GJ 1214b az egyik legkönnyebben észlelhető szuperföld. Mivel tranzitos exobolygó – napja előtt 38 óránként halad el –, ezért a légkörén áthaladó csillagfény elemzése kitűnő lehetőséget nyújt(hat) az atmoszféra paramétereinek meghatározásához. Kreidberg, Bean és kollégáik a Hubble által a közeli infravörös tartományban rögzített spektrumok alapján azt találták, hogy a bolygó légkörének mélyebb rétegeit nagy magasságú felhőzet rejti el előlünk, egyelőre lehetetlenné téve, hogy ezen tartományok, illetve a felszín összetételéről bármilyen adatot nyerhessünk.

A GJ 1214b planétát 2009-ben fedezték fel az MEarth projekt keretében, melynek során kétezer vörös törpét monitoroznak tranzitos bolygók után kutatva. Az azonosítást követően a Bean vezetésével készült első spektrumok alapján az az elképzelés alakult ki, hogy a légkörét vagy majdnem teljesen egészében vízgőz alkotja, vagy nagy magasságban elhelyezkedő felhőréteg alatt hidrogén dominálja.

A 2012 és 2013 során elvégzett pontosabb megfigyelések lehetővé tették a két szcenárió közötti döntést, mégpedig „negatív” módon: a Hubble-színképek alapján ugyanis gyakorlatilag nem mutatható ki se vízgőz, se metán, se nitrogén, de szén-monoxid vagy szén-dioxid jelenléte sem az atmoszférában, azaz ki lehet zárni a felhőmentes, főleg vízgőzből álló légkör lehetőségét.

Ennek ismeretében az új adatokra a legjobb magyarázat az a már említett forgatókönyv, hogy a bolygó légkörének nagy részét és a felszínt is egy nagy magasságú felhőréteg zárja el a megfigyelések elől, melynek összetétele azonban egyelőre nem ismert. A legtöbb, amit mondhatunk, hogy a szuperföldek atmoszférájára vonatkozó modellek alapján a GJ 1214b körülbelül 230 Celsius-fokos légkörében ezek a felhők kálium-kloridból és cink-szulfidból állhatnak, azaz Kreidberg szerint gyökeresen különböznek a földi felhőzettől. A szuperföldek atmoszférájának vizsgálatában a következő komoly előrelépés a James Webb-űrteleszkóp felbocsátása után várható.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2014. január 2-i számában jelent meg.